基于热电系数细化高度补偿半金属的双带模型

在研究补偿半金属时，双带模型在捕捉磁场下电导率的行为方面非常有用，尤其是作为电子类载体与空穴类载体密度和迁移率的函数而言。然而，它很少能为磁热电特性提供实际见解。本文报告了高度补偿半金属 NbSb$_2$ 中热电系数随磁场依赖性的研究，我们发现 Seebeck 系数和 Nernst 系数分别随应用磁场呈二次线性和线性关系。这种场依赖性是在半经典玻尔兹曼运输理论下，针对两个抛物带系统的前工作中预测的，当同时满足两个条件时：$\omega_c\tau \gg 1$ 且 $\tan\theta_H \ll 1$。在这些条件下，我们发现热电系数的场依赖性直接提供了电子类 ($n_e$) 与空穴类 ($n_h$) 载流子密度之间的关系，从而可用于细化双带模型的拟合。通过这种方法，我们发现 NbSb$_2$ 的补偿因子 ($\frac{|\Delta n|}{n_e}$) 比以往不受限制的拟合发现的小两个数量级，这导致磁阻饱和场规模更大。在相同的半经典理论框架下，我们还推导出热电洛仑角 $\tan\theta_{\gamma} = \frac{S_{xy}}{S_{xx}}$ 可以表示为 $\big(\frac{|\Delta n|}{n_e} \times \omega_c\tau\big)^{-1}$，这作为一个参数可用于预测补偿程度。我们的发现为识别场诱导热电性能增强的经验条件，以及基于半金属材料工程高效热电器件提供了关键见解。